机械类专业研究生专业主干课程教学方法与实践

何宽芳，胡忠举，杨书仪，尹喜云

(湖南科技大学a.机械设备健康维护湖南省重点实验室;b.机电工程学院，湖南湘潭411201)

在机械设计领域，伴随着机械生产实际的需要和先进技术的出现，必须促进机械设计理论与方法的改革和发展，用科学的设计方法代替经验的、类比的设计方法已势在必行。随着科学技术的迅猛发展以及计算机技术的广泛应用，传统设计已发展成为一门新兴的综合性、交叉性学科-现代设计理论与方法，主要面向机械产品设计。缩短设计周期、提高设计质量、发展设计理论、改进设计技术及方法已成为当前机械设计的必然趋势。故机械类专业的研究生学习中均开设了相关课程。作者以“现代设计理论与方法”教学为例，围绕机械类专业研究生专业课程的教学谈几点教学思考。

现代设计理论与方法课程内容涉及的知识面较广，除了包含机械类专业原有知识的提炼，还涉及到很多新的专业基础知识，主要包括以下几方面内容:优化设计、可靠性设计、有限元、虚拟设计、绿色设计、模块化设计、计算机辅助设计等［1］。同时，研究生来源于各个层次学校，其本科专业课程所设不一致、每个学生专业基础学习成绩也存在差异，而且进入研究生学习阶段，每个学生对应导师的研究课题在方向上不一致。因此，在有限的学时内，如何把握教学内容重点、提升课程教学效率、提高学生主动性和兴趣，为后续科研课题开展打好基础。是这门课程不断建设、提升需要考虑的环节。本文针对研究生课程现代设计理论与方法的教学，围绕教学内容、教学方法、教学条件与平台和教学评价四个主要环节进行了探讨。

一 覆盖面广、重点突出的教学内容

对于机械类研究生主干课的授课内容的选择，不要仅局限于教材内容，同时应该考虑如下几个方面的因素［2］。

(1)研究生生源不一致，来源于不同学科和不同学校，由于其本科专业课程所设不一致、每个学生在这么课程前期所学专业基础学习成绩也存在差异。

(2)进入研究生学习阶段，每个学生对应导师的研究课题在方向上不一致。如湖南科技大学经过多年建设与发展，湖南科技大学机电工程学院已形成机械设计及理论湖南省重点学科，本学科面向矿山开采和工程建设装备需求，立足湖南装备制造业，紧密结合湖南矿山机械、工程机械、新能源装备产业集群，该学科研究生导师围绕在现代矿山装备设计与制造、机械设备健康维护、机电系统动力学与控制、制造过程监控与制造业信息化等方面进行科研工作，研究内容所涉及的知识面包括机械设计、制造、自动化控制等。课程内容应选择知识面广，覆盖各个方向的专业知识。

(3)研究生应该注重在创新、自我学习能力、理论转为实践能力方面的培养，课程学习应该由过去知识传授型向研究创新型转变，课程设置与教学内容的设计必须为创新、主动学习和实践能力奠定知识基础。

机械设计方法的发展经历了传统设计到现代设计的转变，体现了各学科先进理论与方法在该领域应用和创新，形成的现代机械设计理论与方法种类繁多，内容十分广泛。张鄂编写的《现代设计理论与方法》较全面系统地介绍了现代设计理论与方法，内容包括:优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、有限无法、工业造型设计、反求工程设计、绿色设计、动态设计、系统化设计与创造性设计和摩擦学设计等，该书既有现代设计理论与方法体系较广的覆盖面，又能加强重点。选择该书作为研究生专业基础课程，通过的合理课程建设和科学的教学，能使学生在有限的课时内，既能对本门新兴学科有较全面的了解，又能对其中重要的设计方法有较深入了解与应用，以提高他们的创新设计技能［1］。

根据研究生的课程实际学习情况，在教学内容选择时，应该地把《现代设计理论与方法》课程教材中包含的静态学习内容，利用多种途径转化为动态知识。授课内容选择中要注意以下几点:

(1)确保教材内容中重点突出，在教学手段上、教学时间上予以充分的保证。如在讲授该课程内容优化设计、可靠性设计章节时，应保证有充分的教学时间，从不同的角度、不同的方式对重点内容进行多方位的叙述、分析、练习等。

(2)对于重点内容，除了课堂讲授外，还应该利用辅助软件和工具如MATLAB、ANSYS等，在作业环节、实践应用环节中设计相应的题目给学生完成，进一步掌握熟悉理论基础以及能够对所学知识进行灵活应用。

(3)设置课程基础预习、重点讲解、课后练习和复习等环节，在空间和时间上给予不同层次的学生能够充分掌握课程内容和重要知识点。

二 高效的创新型教学方式

课堂教学是教学过程中的核心环节，如何在教学过程中生动而富有吸引力地把教学内容完美地教授给学生，笔者认为可以从以下几个方面来进行:

(1)充分保证重点内容讲授的时间，在教学过程中，要围绕重点，投入较多的时间和精力，讲深，讲透。而对于那些不要重要的，学生一看就懂的内容，可以让学生自己去学，去复习。对重点教学内容，借助多媒体技术加强教学效果，从多种角度去加以讨论、辨析、研究，在时间上给予足够的保证。

(2)教师在进行知识传授、和学生讨论交流过程时，要求用词准确、形象、生动、深入简出，同时要求启发学生如何将新的知识点切入到自身课题的研究中。

(3)课程内容讲解过程注重师生互动，双向交流，针对讲授知识点开设专题讨论课，发挥学生的主体作用，学生事先做好准备，结合自己的研究方向或兴趣，提出自己对所讲知识点的见解。讨论时，主张思想活跃，踊跃发表自己的意见，由老师和学生对现场讨论进行记录，总结发言。为学生提供了探索问题的空间，培养学生的创新能力。

(4)加强创新意识与应用能力的培养，如在优化设计和可靠性设计章节，侧重应用可靠性理论与方法和优化数学模型的思想与方法来解决一个机械设计实际工程问题。

同时，积极整合优秀科研成果和教改成果，充分利用学科建设的科研、实验条件实验，来用“以实际设计案例和实验为主线的现代设计理论与方法课程教学模式”进行教学。跟踪国际先进设计理念与方法，建立以学生为主体、教师为主导的基于探索和研究的教学模式，并根据“如何解决一个设计问题?”来进行现代设计理论与方法课程教学规划和组织教学活动。

三 强有力的教学条件与平台

(1)建设一支高水平的教师队伍。拥有一支高水平的教师队伍是保证课程教学质量的基础。在教学队伍建设方面，采用主讲教授负责、青年教师参与、实验教师配合、研究生辅导的方式，形成一支专业结构合理，理论水平较高，实践能力较强，职称、学历、年龄结构较为理想稳定的教学团队。促进教师与专业实践的结合，使教师教学水平和能力全面提升。同时，根据研究生研究方向特点，大力开展产学研合作人才培养，积极引入本地区知名企业高级专家，开展讲学、交流活动，并适当聘请企业技术人员为该课程长期实践授课教师。

(2)建设宽口径立体教材及网络教学平台建设。根据研究生人才培养计划，该课程作为机械类研究生必修课，面向机械设计、机械电子及制造及自动化等方向的研究生，提出一个适合宽口径教学需要的现代设计理论与方法课程教学内容和体系结构，为学生将要从事现代矿山装备设计与制造、机械设备健康维护、机电系统动力学与控制、制造过程监控与制造业信息化等方面的学习和科研工作打下基础。根据教学需要准备相关配套的教案、案例库、参考文献、国内外学习网络资源及媒体资源等，为研究生提供自主学习平台，实现优质教学资源共享。

(3)创建高水平现代机械设计与计算分析教学辅助平台。利用机械工程学科现有的工程分析与计算软硬件系统，如美国惠普公司图形工作站HP Z800、美国ANSYS公司仿真分析软件系统ANSYS 2013、美国MSC软件公司多体机构运动学及动力学仿真软件ADAMS 2012、美国Altair公司有限元分析系统网格划分软件Hypermesh 10.0、美国Eigen Technologies，Inc.面向工程的转子动力学及轴承分析软件DyRoBeS 14.20、英国Isograph公司可靠性设计分析系列软件Isograph 2010、美国DCS公司3DCS尺寸公差控制系统软件和美国Third Wave System公司TWS-金属切削仿真软件等。通过资源整合、合理规划，以课程教学改革带动实验教学改革和实验室建设，以搭建机械设计与计算分析实验室为基础，建设以可设计、可计算、可分析的高水平现代机械设计与计算分析实验室，增加综合性、创新性、研究性实验开出能力。

四 科学合理的教学评估指标体系

课程教学评估内涵具有双重性，即一方面考核学生通过课程学习所达到的学习效果，主要是教师对学生进行考评，包括定期、不定期考评，一般是依据学生学习过程中完成的大型作业和学习后所提交的课程论文来判断学生的学习成绩;另一方面主要对授课老师或团队的教学进行监督和评估，通过教师、学生或有关专家组成的教学督导组，对课堂教学、备课、考试、作业等环节进行评价，为教师提供教学效果方面的反馈信息，促进研究生专业课程的教学不断完善，以实现研究生创新能力培养目的。课堂教学评价需要师生共同参与才能连续不断地保障学生的学习［3］。

在对教学评估过程，不管是对学生的考评还是对老师教学效果的考核，都需要双方的反馈信息，因此，如何制定科学合理的教学评估指标体系是实现专业课堂教学质量评定的关键，直接影响到学校的研究生教学的管理水平和效率。在现有的评估指标的基础上，对评估指标体系进行修改与完善，听取同学和教师的意见，改革学生考试方法，加大工程实践技能和表达能力、组织能力、合作能力等综合素质在学习成绩评定中的比重等，加入到影响研究生专业课堂教学质量的关键因素，以该课程参与主体教师和学生为参评对象，初步制定了课堂教学评价指标体系。该体系由一级指标百分制和多个二级指标组成，一级指标分摊到授课老师和学生各个二级指标，二级指标考核内容主要由授课老师和学生在教学、学习过程中的各个环节所组成如教学方法、教学内容、学习方式、实践技能、学习成绩等，实际考核过程中，根据班级学生和授课老师的评分加权计算分值，计算所得的分值作为评价课程教学效果的定量指标。科学合理的课堂教学评价指标体系应不断进行实证检验，对其科学性、公正性、有效性进行分析和研究，不断修订完善［4，5］。

五 结语

现代设计理论与方法是一门新兴的综合性、交叉性学科，是机械专业方向的一门重要的专业课程，旨在从总体的角度系统地向学生讲授现代机械设计的基本思想和方法，2004年作为湖南科技大学专业主干课程开始面向机械类研究生开设、授课。该课程开设至今，不断更新教学理念、方法和手段，教学效果良好，受到师生好评。作者根据自身的教学体会，在这门课教学内容、教学方法、教学条件与平台和教学评价四个方面进行了总结。与此同时，课程教学的建设与发展应与时俱进，跟踪国际和同行的先进设计理念与方法教学经验，不断推进研究生课程体系、教学内容、教学模式的改革与创新，形成能够反映学科前沿、适应学科发展的研究生优质课程，全面提升研究生教育质量与水平。

［1］张 鄂.现代设计理论与方法［M］.北京:科学出版社，2007.

［2］周文静.工科类研究生专业基础课程教学方法探讨［J］.中国校外教育，2009(8):577-578.

［3］李康杰.硕士研究生课堂教学评价的设计［J］.高等教育研究，2011(6):91-92.

［4］乔 琳.新形势下研究生教学评估中存在的问题和对策［J］.西南科技大学高教研究，2009(2):62-64.

［5］翟亚军，哈明虎.我国研究生课程教学中存在的问题及对策研究［J］.中国高教研究，2004(6):41.